DL_端到端_基于卷积循环神经网络的(CRNN)车牌号识别

最新推荐文章于 2025-12-07 19:40:17 发布

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#rnn #人工智能 #深度学习

基于卷积神经网络（CNN）的车牌号识别（License Plate Recognition, LPR）是计算机视觉和智能交通系统中的一个典型应用。它通常包括以下几个主要步骤：

一、整体流程

流程	内容
图像采集	使用摄像头获取包含车辆及车牌的图像或视频帧。
车牌定位（License Plate Detection）	从整幅图像中检测并裁剪出车牌区域、可使用传统方法（如边缘检测 + 形态学处理）或深度学习方法（如YOLO、SSD、Faster R-CNN）
字符分割（Character Segmentation）	将车牌图像中的每个字符单独分割出来。对于固定格式车牌（如中国蓝牌），传统投影法有效；对于复杂场景，也可用语义分割或实例分割网络
字符识别（Character Recognition）	使用CNN对每个字符图像进行分类，输出对应的字符（数字/字母/汉字）。或采用端到端模型（如CRNN + CTC）直接识别整个车牌字符串，无需显式分割。
后处理与校验	利用车牌格式规则（如“京A12345”）进行逻辑校正，提升准确率。

二、CNN在车牌识别中的应用

1. 车牌检测阶段

目标检测模型：
    YOLOv5/v8：速度快，适合实时系统。
    Faster R-CNN：精度高，但速度较慢。
    自定义轻量级CNN + 滑动窗口（适用于嵌入式设备）。

2. 字符识别阶段

方法一：单字符分类（需分割）

构建CNN分类器（如LeNet、ResNet、MobileNet）。
输入：单个字符图像（如32×32灰度图）。
输出：字符类别（通常36类数字+字母，中国车牌还需支持省份简称汉字，共约65~70类）。
需大量标注的字符数据集进行训练。

方法二：端到端识别（无需分割）

使用 CRNN（Convolutional Recurrent Neural Network） + CTC Loss：
    CNN提取特征 → RNN（如BiLSTM）建模序列 → CTC解码输出不定长字符串。
    优势：避免分割误差，适应倾斜、模糊等复杂情况。
近年也有使用 Transformer 或 Vision Transformer (ViT) 的尝试。

三、关键技术挑战

挑战解决方案
光照变化、模糊、遮挡数据增强（亮度调整、模糊模拟）、使用鲁棒特征提取网络
多角度/倾斜车牌引入几何变换（如STN空间变换网络）或使用旋转不变特征
汉字识别难度大单独训练汉字子网络，或扩大汉字训练样本
实时性要求使用轻量模型（如MobileNet + CRNN）、模型剪枝、量化部署

四、典型数据集

CCPD（Chinese City Parking Dataset）：包含数十万张中国车牌图像，含光照、角度、模糊等多样性，广泛用于LPR研究。
AOLP（Application-Oriented License Plate）
PKU Vehicle Dataset

五、简单实现示例（PyTorch + CRNN）

import torch
import torch.nn as nn

class CRNN(nn.Module):
    def __init__(self, num_classes, imgH=32):
        super(CRNN, self).__init__()
        # CNN backbone
        self.cnn = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(1, 64, 3, 1, 1), nn.ReLU(),
            nn.MaxPool2d(2, 2),
            nn.Conv2d(64, 128, 3, 1, 1), nn.ReLU(),
            nn.MaxPool2d(2, 2),
            nn.Conv2d(128, 256, 3, 1, 1), nn.BatchNorm2d(256), nn.ReLU(),
            nn.Conv2d(256, 256, 3, 1, 1), nn.ReLU(),
            nn.MaxPool2d((2, 2), (2, 1)),
            nn.Conv2d(256, 512, 3, 1, 1), nn.BatchNorm2d(512), nn.ReLU(),
            nn.MaxPool2d((2, 2), (2, 1)),
            nn.Conv2d(512, 512, 2, 1, 0), nn.ReLU()
        )
        # RNN
        self.rnn = nn.LSTM(512, 256, bidirectional=True, batch_first=True)
        self.fc = nn.Linear(512, num_classes)

    def forward(self, x):  # x: (B, 1, H, W)
        conv = self.cnn(x)  # (B, C, H', W')
        b, c, h, w = conv.size()
        assert h == 1, "Height must be 1 after CNN"
        x = conv.squeeze(2)  # (B, C, W)
        x = x.permute(0, 2, 1)  # (B, W, C)
        x, _ = self.rnn(x)
        x = self.fc(x)  # (B, W, num_classes)
        return x  # for CTC loss

配合CTC Loss 和 torch.nn.CTCLoss，可实现端到端训练。

六、部署建议

训练：使用PyTorch/TensorFlow + CCPD数据集。
推理加速：ONNX导出 → TensorRT / OpenVINO / NCNN。
嵌入式部署：树莓派/NVIDIA Jetson 上运行轻量模型。